With global warming and the international, national and local goals of reducing greenhouse gas net emissions, the phasing out of fossil fuels are of great importance. One energy source resulting in nearly no net emissions are biofuels. Residue from the forest industry, such as tops and branches, is already today in Sweden an important source of energy, especially in the district heating sector. The demand for forest residue is estimated to increase until 2050 and the potential harvest is a lot larger than what is utilized today. This master thesis tests the hypothesis of biofuels having a climate positive effect when replacing fossil fuels, despite the loss of carbon in the forest soil, which is a feedback of harvesting forest residue. The municipality of Norrköping here works as a case as they are standing in the forefront of turning towards a bio-based economy and a fossil free energy system. The biogeochemical model ForSAFE was used to study if Norrköping can replace all their fossil fuels and solid waste in the district heating for the municipality’s households and public facilities with forest residue from the forest within the municipality’s administrative boundaries. The result show that the productive forest area of the municipality does not yield enough forest residue to fulfil the energy demand from the fossil fuels and the waste. Meanwhile, the soil organic carbon was shown to be decreasing over the simulated years (2000-2300), although the loss did not exceed the emissions from the burning of the replaced fossil fuels. If the productive forest had been large enough to yield enough biomass to meet the demand, the loss of soil organic carbon would still not exceed the amount of carbon dioxide that the fossil fuels would have emitted. This indicates a positive climate effect when replacing fossil fuels with forest residue, reducing net emissions to the atmosphere. Despite the low yield of biomass compared to the energy demand from fossil fuels and waste in Norrköping, a study like this gives a projection of the biomass production and the feedbacks. These effects will be affected by different forest management scenarios and the change in climate. The silvicultural practices have however shown to have negative impacts on the Swedish Environmental Quality Objectives. Threatening the biodiversity and leaching of nutrients and chemicals, resulting in additional feedbacks downstream are examples of effects from disturbance in the forest and forest soil. It is therefore of great importance to consider the natural environment and neatly plan around forestry operations. In the end, the climatic benefit of switching to a fossil free energy system with the help of forest biofuels will have to weighted against the negative impacts. With a landscape view used and great knowledge about feedback effects when forestry planning, the input of biofuels can be a natural way to go for several municipalities in Sweden when wanting to create a bio-based economy with zero net emissions of greenhouse gases. / Med global uppvärmning och de internationella, nationella och lokala målen om reducerade växthusgasutsläpp, är utfasningen av fossila bränslen av stor betydelse. En energikälla som ger nära noll nettoutsläpp är biobränslen. Rester från skogsindustrin, som toppar och grenar (grot) är redan idag i Sverige en viktig energikälla, speciellt inom fjärrvärmesystemet. Efterfrågan på grot väntas öka fram till år 2050 och skördepotentialen är mycket större än vad som idag utnyttjas. Detta examensarbete testar hypotesen om att biobränsle är klimatpositivt när det ersätter fossila bränslen, trots kolförlusten i marken som uppstår när grot skördas. Norrköpings kommun används här som fall då de står i framkant när det gäller övergången till en biobaserad ekonomi och ett fossilfritt energisystem. Den biogeokemiska modellen ForSAFE användes för att studera om Norrköping kan byta ut alla sina fossila bränslen samt avfall, som förser kommunens invånare och offentliga lokaler medvärme och varmvatten via fjärrvärmenätet, mot grot från skogsmarkerna inom kommunens gränser. Resultatet visar att den produktiva skogsmarken i kommunen är för liten för att producera tillräckligt med grot för att ersätta allt fossilt bränsle och allt avfall. Samtidigt sjönk markkolet över de simulerade åren (2000-2300) även om förlusten inte översteg utsläppen från förbränningen av de ersatta fossila bränslena. Om den produktiva skogen hade varit stor nog att kunna ersätta de fossila bränslena såhade förlusten av markkol ändå inte varit större än utsläppen från de fossila bränslen som kunnat ersättas. Detta indikerar den klimatnytta som bytet från fossila till biobaserade bränslen ger när nettoemissioner reduceras från atmosfären. Trots den låga skördenivån av grot i förhållande till den energi som de fossila bränslena och avfallet tillför i Norrköping, kan en studie likt denna ge en uppfattning om hur mycket grot som kommer kunna produceras i framtiden och vilka effekter dessakan ha. Dessa effekter beror då på olika skördeintensitet och ett förändrat klimat. Skogsbruket har dock visat sig bidra till att försvåra att de svenska miljömålen nås. Hot mot biodiversiteten samt läckage av näringsämnen och tungmetaller som ger problem nedströms är exempel på effekter av störningar i skogen och skogsmarken. Detta gör att visad hänsyn till den naturliga miljön och god planering kring ingrepp i skogen är av stor vikt. De positiva klimateffekterna av att utnyttja biobränslen från skogen för att ersätta fossila bränslen kan därför komma att behöva ställas mot de negativa ekologiska konsekvenserna av skogsbruket. Med ett landskapsperspektiv och stor kunskap kring effekterna av skogsbruket kan biobränslet komma att bli en naturlig väg att gå för flera kommuner i Sverige som vill övergå till en biobaserad ekonomi med noll utsläpp av växthusgaser.

Syftet med detta examensarbete var att utveckla en helt bio-baserad vatten- och smutsavstötande ytbehandling för trä med ambitionen att ersätta en icke bio-baserad referens produkt på marknaden. Flera emulsioner med oljor och vaxer har framställts och analyserats utefter emulsionernas stabilitet och kvalitet. Flera av dessa emulsioners vattenabsorption, kontaktvinkel, pH värde vid ytan och åldrande i utomhusmiljö testades också efter att olika typer av trä behandlats med formuleringarna. En del av formuleringarna verkade ge liknande vattenabsorption som referensen på de olika typerna av trä med undantag för trä typ 4 där de bio-baserade formuleringarna presterade bättre än referensen. Vidare bildade även de bio-baserade formuleringarna en mindre gul och sträv yta jämfört med referensen och de genomgick dessutom en mindre fysisk förändring efter placering utomhus. Dock var stabiliteten för de bio-baserade emulsionerna sämre än för referensen. Dessutom resulterade de bio-baserade formuleringarna till en mindre pH sänkning på trä typ 3 med alkaliskt. / The aim of this thesis project was to develop a fully bio-based water and dirt repellent wood coating with the ambition to replace the current non-bio-based reference product on the market. Several wax and oil emulsions were made and analyzed in terms of emulsion quality and stability. Several formulations were also tested on different types of wood in terms of water absorption, weathering, surface pH and contact angle. Some formulations seam to give similar water absorption as the reference, the not bio-based product and performs similar on different types of wood with an exception on Wood type 4 where the bio-based formulations performs better than the current reference product. Secondly the bio-based formulations form a less yellow and rough coating compared to the current reference product. According to the weathering test the bio-based formulations seams to perform better. However, the stability of the bio-based formulation is not as good as the current reference product. Also, the developed bio-based conceptual formulations exhibited limited pH lowering on Wood type 3 with alkaline pH.

På grund av ökad användning av plast har biobaserade polymerer som förpackningsmaterialfått stor uppmärksamhet de senaste åren på grund av miljöhänsyn. Flera proteinmaterial, t.ex.vetegluten har varit i fokus för betydande forskning kring ny biobaserad plast och resultatenär lovande. Det idag stora intresset för biobaserad och miljövänlig plast beror påväxthuseffekten från konventionell petroleumbaserad plast. Ett proteinmaterial från undersöktes här för dess plastmaterialegenskaper. Proteinrenheten varca. 65%. Filmerna skapades genom att först mala proteinflingorna till ett fint pulver ochblanda det med glycerol. Glycerolhalten var 30 %. Därefter varmpressades materialet. För atttesta plasten användes flera tekniker och metoder. TGA, DSC, FT-IR, WVTR, OTR ochdragprovning. I allmänhet var materialet relativt svagt. Liksom de flesta proteinplaster hadedet också dåliga vattenbarriäregenskaper, men hade relativt goda syrebarriäregenskaper. Sammanfattningsvis är det ett material som kan ha en ljus framtid eftersom det är tillverkat avbiomassa istället för petroleum, vilket innebär att det är mer miljövänligt. Med modifieringkan det bli en bra plast för flera ändamål. / Due to increase use of plastics, bio-based polymers as packaging materials have garneredmuch attention in recent years due to environmental concerns. Several protein materials, e.g.wheat gluten, have been in focus for significant research towards new biobased plastics andresults are promising. Bio-based and environmentally friendly plastics gather much interestand attention today due to the green-house generating effects of conventional petroleum-basedplastics. A protein material was investigated here for its plastic material properties. The protein puritywas ca. 65 %. The films were created by first grinding the protein flakes to a fine powder andmixing it with glycerol. The glycerol content was 30 %. The material was subsequently hotpressed.To test the plastic, multiple techniques and methods were used. TGA, DSC, FT-IR, WVTR,OTR and tensile testing. In general, the material was relatively weak. As most protein plasticsit had also poor water barrier properties, however it had relatively good oxygen-barrierproperties. In conclusion it is a material that could have a bright future as it is made from biomass insteadof petroleum, which means that it is more environmentally friendly. With modification andimprovement, it can be a good plastic for several applications in future.

Denna rapport handlar om ett produktutvecklingsprojekt genomfört som examensarbete för högskoleingenjörsprogrammet i innovationsteknik och design vid Karlstads universitet. Uppdraget tillhandahölls av Biosorbe AB som tillverkar ett material med namnet GreenAll. GreenAll är i grunden pappersmassa behandlat med kemikalier vilket har skapat goda oljeabsorberande samt vattenavstötande egenskaper. Projektet har sökt ett biobaseratalternativ av oljematta på en idag plastdominerad marknad där GreenAll önskats implementeras. Konsumtion av plast är ett internationellt problem som idag skapar stora skador på djur och natur. Oljemattor används i förebyggande syfte vid arbete eller situationer där det finns risk för oljespill. Idag sorteras uttjänta oljemattor på återvinningscentraler och fraktas sedan till förbränningsanläggningar där de bränns och blir till energi. Oljemattor av plast kan tvättas, men det sker inte alltid på rätt sätt där konsekvensen blir att farligt avfall hamnar i naturen. Målet med arbetet har varit att utveckla ett koncept som gör det möjligt att tillverka en biobaserad oljematta som är tilltalande för användaren samt ta fram ett första utkast till prototyp. Framtagen produkt ska genomsyras av hållbar utveckling och minska miljöpåverkan genom goda materialval. Arbetet har följt metoder för den industriella produktutvecklingsprocessen med grund i designprocessen. Med materialet GreenAll som grund resulterade arbetetet i ett koncept på en cellulosabaserad oljematta som sammanfogades genom sömnad och limning. Oljemattan består utav juteväv, linnevaxduk och GreenAll samt att mattan har fått namnet Slurp. Lösningen anses vara bättre för miljön, bidrar till en minskad plastkonsumtion och förhindrar att farligt avfall hamnar i naturen. Enligt en teoretiskt grund finns det möjlighet till delvis återvinning och utvinning av uttjänt olja som absorberats av mattan. / This report is about a product development project carried out as a degree project for the Bachelor of Science in Innovation Technology and Design at Karlstad University. The assignment was provided by Biosorbe AB, which produces a material called GreenAll. GreenAll is basically paper pulp treated with chemicals which has created good oil absorbing properties and given the material a water repellent property. The project has sought a bio-based alternative to oil mats in a currently plastic-dominated market where GreenAll is desired to be implemented. Consumption of plastic is an international problem that today causes great damage to animals and nature. Oil mats are used for preventive purposes in work or situations where there is a risk of oil spillage. Today, used oil mats are sorted at recycling centres and then transported to incineration plants where they are burned and turned into energy. Plastic oil mats can be washed, but this is not always done properly, with the result that hazardous waste ends up in the environment. The aim of the work has been to develop a concept that makes it possible to produce a bio-based oil mat that is appealing to the user and to produce a first draft of a prototype. The product developed should be permeated by sustainable development and reduce environmental impact through good material choices. The work has followed methods of the industrial product development process based on the design process. Using the material GreenAll as a basis, the work resulted in a concept of a cellulose-based oilmat that was joined by sewing and gluing. The oil mat consists of jute fabric, linen wax cloth and GreenAll and the mat has been named Slurp. The solution is considered to be better for the environment, helping to reduce plastic consumption and preventing hazardous waste from entering the environment. According to a theoretical basis, there is a possibility of partial recycling and recovery of used oil absorbed by the carpet.

Combined microwave assisted extraction/degradation of technical lignin in green solvents was successfully employed to generate polyphenolic oligomers with lower Mw than the starting material. For Lignoboost, the highest liquid yield (65 %) was obtained in 20 min at 160 °C using ethanol as solvent. This is an increase in ethanol soluble yield with 38 % compared to solvent extraction. The highest yield for Lignosulfonate was obtained with methanol as solvent, at 160 °C for 20 min. Obtained liquid fractions were analysed by SEC, FT-IR, DSC, TGA, 31P-NMR and 2D-HSQC NMR in order to explain the mechanism of the increased yield, and to study the structural changes after microwave extraction/degradation. 2D-NMR indicates cleavage of β-O-4 inter-unit linkages, but also that some modification around the bond could take place. Lignin based thermosets were synthesised employing the polyesterification between lignin, citric acid and poly(ethylene glycol) (PEG). It was concluded that introduction of PEG into the system was crucial for a homogenous thermoset synthesis with a high gel content. From TGA analysis it could be concluded that the thermoset based on original Lignoboost had a lower thermal stability than the counterparts prepared from lower molecular weight fractions. This implies that the esterification reaction between original Lignoboost and the other co-monomers is obstruct by sterically hindrance, which means that pre-conditioning is positive for the final material properties. / I denna studie utnyttjades en mikrovågsbaserad teknik, för att framgångsrikt extrahera och bryta ner lignin till polyfunktionella oligomerer med lägre molekylvikt än ursprungsmaterialet. Både lignin extraherat genom sulfat- och sulfitprocessen, d.v.s. kraft lignin (Lignoboost) och lignosulfonat, undersöktes. Det högsta lösliga utbytet för Lignoboost (67 %) kunde uppnås efter 20 min vid 160 °C genom att använda etanol som lösningsmedel, vilket är en ökning med 38 % jämfört med enbart extraktion i etanol. Under samma förhållanden uppnåddes även det högsta lösliga utbytet för Lignosulfonat, fast genom att använda metanol som lösningsmedel. De erhållna lösliga fraktionerna analyserades med hjälp av SEC, FT-IR, DSC, TGA, 31P-NMR samt 2D-HSQC NMR, med syftet att förklara ökning i lösligt utbyte samt studera eventuella strukturella förändringar efter bearbetning i mikrovågsugnen. Resultat från 2D-NMR indikerar på nedbrytning av β-O-4 bindningar, men även på att modifikationer kring bindningen kan ha uppkommit. Tvärbundna, ligninbaserade material syntetiserades genom att nyttja polykondensationsreaktionen mellan lignin, citronsyra och polyetylenglykol (PEG), vilket resulterade i esterbindningar. Det var möjligt att dra slutsatsen att introducering av PEG in i systemet var avgörande för att nå homogena material med hög andel tvärbindningar. Genom TGA analyser kunde det fastslås att tvärbundna material baserade obehandlad Lignoboost hade lägre termisk stabilitet än dess motsvarigheter baserade på fraktioner med lägre molekylvikt. Detta tyder på att esterreaktionen mellan obearbetad Lignoboost och de två andra monomererna försvåras genom steriskhindring, vilket innebär att bearbetning av ligninet medför positiva effekter på egenskaperna hos det slutgiltiga materialet.

En av grundpelarna i alla hållbara system är införandet av en cirkulär ekonomi, som främjar återanvändning och återvinning av material. Plast är en av i utmaning i detta avseende på grund av den stora produktionsvolymen variation i sorter och långsamma nedbrytn. Ett förslag till lösning på dessa problem, som det har forskats allt mer om under de senaste decennierna, är att ersätta syntetiska plaster med lämpliga biobaserade alternativ. Detta arbete syftade till att utforska två möjligheter i detta avseende, (1) Transparent trä (TW) och (2) Lim för trä från en förnybar källa.  Utvärderingen av chitosan som ersättning för de syntetiska delarna av dessa material var det primära syftet med denna studie. TW utnyttjar de inneboende önskvärda egenskaperna hos trä och ökar dess användningsområden genom att ändra dess optiska egenskaper, men behöver en impregneringsmatris, som är en syntetisk polymer, för sin tillverkning. I detta arbete studerades variationen av kitosanimpregnering med tryck och torkningsförhållanden. Mikroskopi, gravimetri, kontaktvinkel och dynamisk mekanisk analys användes för att mäta effektiviteten hos de utvecklade metoderna. Alternativ till syntetiska lim för trä och träkompositer behövs på grund av problem med toxicitet. Chitosans användbarhet som lim för trä har dokumenterats i stor utsträckning. Det har dock inte gjorts så mycket arbete med trälaminat, som valdes som en ett sekundärt fokus för detta arbete. Testning av limmet utfördes med hjälp av skjuvmätningar. Resultaten visade att kitosan, istället för att infiltrera trästrukturen, främst deponerades på dess yta och specifika tester för att bestämma laminatets hållfasthet föll utanför ramen för denna studie. / One of the mainstays of any sustainable system is the implementation of a circular economy, which promotes the reuse and recycling of materials. Plastics are one of the most problematic entities in this regard because of the sheer scale of production, their variety, and their recalcitrant nature. A proposed solution to this problem, one which has seen increasing research in the past decades, is replacing synthetic plastics with suitable bio-based alternatives. This work aimed to explore two possibilities in this regard, (1) Transparent wood (TW) and (2) Adhesives for wood. Evaluating the utility of chitosan as a replacement for the synthetic portions of these materials was the primary aim of this study. TW utilizes the inherently desirable properties of wood and increases its avenues of application by changing its optical properties but needs an impregnation matrix, which is a synthetic polymer, for fabrication. This work studied the variation of chitosan impregnation with pressure and drying conditions. Microscopy, gravimetry, water contact angle and dynamic mechanical analysis were used to gauge the efficacy of our methods. Alternatives to synthetic adhesives for wood and wood-composites are needed because of their associated problems with toxicity. Chitosan’s utility as an adhesive for wood has been documented to a considerable extent. However, not much work has been done with wood laminates, which were chosen as a secondary focal point of this work. Adhesive testing was carried out via lap-shear measurements. Results indicated that chitosan, instead of infiltrating the wood structure, was primarily deposited on its surface and specific tests for determining laminate strength fell out of the scope of this study.

Syftet med detta examensarbete var att utveckla ett hållbart ersättningsmaterial till akrylnitrilbutadienstyren plast (ABS), genom att applicera principerna för grön kemi och teknik. ABS är en icke-nedbrytbar plast som till exempel används i slagtåliga produkter för hyttinteriörer. Att utveckla ett nytt material baserat på en kravspecifikation med en specifik produkt i åtanke är av stor betydelse då en initial teoretiska utvärdering kan ge resultat som driver ytterligare innovation och säkerställer en god överensstämmelse med förväntningarna på produkten. Baserat på den genomförda litteraturutvärderingen och kravspecifikationen för produkten valdes polylaktid (PLA) som matrismaterial och blandades med nanofibrer av lignocellulosa (LCNF) och naturgummi (NR), där maleinsyraanhydrid (MA) användes som kompatibilisator. Denna modifieringsstrategi syftade till att förbättra PLAs styrka och minska dess sprödhet. Flera olika parametrar undersöktes, vilka inkluderar olika torkningsmetoder för LCNF:en och olika metoder för MA tillsats före bearbetningen av blandningen. Termisk analys av blandningarna visade att tillsatsen av LCHF och NR inte påverkar nedbrytningstemperaturen för PLA-matrisen i någon större utsträckning, men att kristalliniteten påverkades av dem och de olika behandlingsmetoderna. Styvheten hos de PLA-baserade materialen var likvärdig ABS, medan elasticitet var generellt likvärdig PLA och där tillsatsen av naturgummi förbättrade materialens deformationskapacitet. SEM bilder indikerade att de tre komponenterna var kompatibiliserade, då fibrösa strukturer och sammanflätade nätverk av LCNF och NR i PLA-matrisen kunde observeras. SEM bilderna visade också att NR agglomererade då stora agglomerat och porösa strukturer uppstod, vilket understryker vikten av att optimera framtida blandningsstrategier. En livscykelbedömning (LCA), enligt en vagga-till-graven metod, förväntas visa lägre koldioxidutsläpp för det föreslagna alternativet jämfört med ABS tack vare tillämpningen av principerna för grön kemi vid produktutformningen. Detta bekräftar den ursprungliga hypotesen om en ökad miljövänligheten hos PLA-baserade ersättningsmaterial jämfört med ABS. / This thesis aims to develop sustainable replacement for Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS) in high-impact applications within construction equipment’s Cab interior. Adhering to the principles of Green Chemistry and Engineering, the study focused on developing and accessing an environmentally friendly substitute for ABS, a commonly used non-biodegradable plastic. Investigating novel materials with a tailored requirements list is vital in materials science and engineering. Theoretical approaches can yield results which drive further innovation, ensuring comprehensive alignment with application expectations through a holistic approach to address critical factors. Following this guideline, the chosen alternative was Polylactide (PLA), fortified with a blend of lignocellulose nanofibers (LCNFs) and natural rubber (NR) at a 10 wt.% concentration, with the addition of Maleic Anhydride (MA) as a compatibilizer. This modification strategy aimed to enhance PLA's strength and reduce its brittleness. The investigation encompassed various parameters, including different LCNF drying methods and variations in additive treatment before melt-mixing with PLA. The outcomes from thermal analysis indicated that the inclusion of reinforcements does not significantly affect the degradation temperature of the PLA matrix. Crystallinity, on the other hand, was found to be influenced by the presence of lignocellulose reinforcements and natural rubber, with intriguing nuances emerging from the interplay of these components and different treatment methods. PLA-based alternatives performed similarly to low grade ABS and had similar stiffness levels. In terms of elasticity, most materials behaved similarly to neat PLA, but the addition of natural rubber enhanced their deformation capacity. Successful compatibilization between lignocellulose reinforcements, natural rubber, and PLA was assumed from the observed fibrous structures and interwoven networks within the PLA matrix. Additionally, the presence of aggregates and porous structures highlighted the challenges posed by rubber agglomeration. Finally, the observation of larger agglomerates beyond typical interphase sizes raised concerns about brittle behavior, emphasizing the need for optimizing blend toughening strategies. The input for a Life Cycle Assessment (LCA), following a cradle-to-gate approach, is anticipated to show lower carbon emissions for the proposed alternative in comparison to ABS due to the principles of Green Engineering applied in the product design, denoting the environmental viability of the PLA-based substitute.

For more than a century, plastics have become an increasingly important part of the human society. Thanks to the durability and the many varieties of plastic it has a wide range of applications, but unfortunately the traditional plastic made from fossil oil has its drawbacks. Neither the fact that fossil oil is used, nor that these plastics won’t degrade in nature, are in any way sustainable for the environment in the long run. But out of the shadow of these problems, new technologies for the manufacturing of bioplastics are born. This thesis aims towards mapping out properties of different plastics, fossil based as well as bio-based, and investigating the possibilities to manufacture plastic material from algae, so called blue plastics. Additionally, the thesis shed light on terms related to plastic production and bioplastics.  The result shows that there are multiple approaches to the manufacturing of blue plastics; several divergent polymers (e.g. starch, protein and alginate) can be extracted from algae for the production of plastic material, and there is a large number of algae strains and methods to use. Blue plastics are still not produced in large scale, and therefore suffer from high production costs, which makes it challenging to replace traditional plastics. Another obstacle is bad durability and mechanical properties of some algae-based materials. But the blue side of the spectrum of plastics is still a young field of study and new innovations are yet to be discovered. / I över ett sekel har plast blivit en allt viktigare del i det mänskliga samhället. Tack vare sin tålighet och mångsidighet har plast en mängd olika användningsområden, men tyvärr har den traditionella plasten även sina nackdelar. Varken det faktum att fossil olja används, eller det faktum att dessa plaster inte bryts ned i naturen, kan anses hållbart i längden. Men ur skuggan av dessa problem träder nya tekniker fram, som möjliggör tillverkning av bioplaster. Detta projekt syftar till att kartlägga egenskaperna hos olika plaster, fossilbaserade såväl som biobaserade, samt möjligheterna att tillverka plast med alger som råvara. Dessutom läggs fokus på att förklara vissa termer relaterade till plaster, bioplaster och dess livscykel.  Resultatet visar att det finns ett flertal tillvägagångssätt för tillverkningen av algbaserade plaster. Flera olika polymerer (t.ex. stärkelse, protein och alginat) kan extraheras från alger för vidare produktion av plastmaterial, och dessutom finns ett stort antal olika algarter och tillverkningsmetoder som kan användas. Idag produceras algplaster ännu inte i stor skala, något som innebär att produktionskostnaderna fortfarande är höga och att det således är svårt att konkurrera ekonomiskt med traditionella plaster. Ett annat hinder för algbaserade plaster är i vissa fall låg resistans och sämre mekaniska egenskaper jämfört med traditionella plaster. Men den algbaserade delen av plastspektrumet är fortfarande ung och outforskad, fortfarande finns nya upptäckter och möjligheter som väntar på att bli funna.

För att möjliggöra en hållbar utveckling skiftar många polymerforskares fokus just nu från att syntetisera polymerer från fossila resurser till att producera biobaserade polymerer från exempelvis träd. Av särskilt intresse är lignin, som utgör ungefär en tredjedel av allt växtmaterial men i nuläget oftast används som bränsle. Många forskare har undersökt de möjligheter som öppnas genom att bryta ner lignin och modifiera molekylerna som fås därigenom, såsom ferulsyra. Denna studie syftade till att modifiera ferulsyra till en styren-lik monomer med en karboxyl-substituent, och att testa vattenbaserad polymerisation av denna monomer.Det första steget i modifiering var dekarboxylering av ferulsyra. Detta utfördes genom upprepningar av tidigare studier där baskatalyserad dekarboxylering utfördes i polära aprotiska lösningsmedel. Efter flera försök hittades en fungerande metod, där trietylamin gav en dekarboxylering med högt utbyte efter tre timmar i dimetylformamid vid 100 °C. Att isolera produkten var också utmanande i början, men en trestegs-extraktion med H2O och Et2O som avslutades med en tvätt av saltvatten gav tillräcklig renhet. En ättiksyra-grupp adderades till fenolen med hjälp av en tvåstegsreaktion som hittades i litteraturen, men inte förrän ett dussin försök till nya metoder med kloroättiksyra gjorts utan framgång. I den fungerande metoden tillsattes en acetatgrupp med metylbromoacetat i återkokande aceton med kaliumkarbonat som bas, innan acetatet demetylerades av litiumhydroxid i en metanol/vattenblandning vid rumstemperatur.Den resulterande monomeren, 4-oxy-ättiksyra-3-methoxy-styren (OAMS), sampolymeriserades med styren, både i bulk- och emulsionspolymerisation. Bulksampolymeren hade en något högre molekylvikt och glastransitionstemperatur än homopolystyren, med en betydligt högre dispersitet. Emulsionspolymerisation var utmanande, eftersom OAMS inte är särskilt löslig i vare sig vatten eller styren, och i slutändan producerades inga tydliga resultat genom dessa försök.  Studiens huvudsakliga slutsats är att även om det är möjligt att syntetisera ren OAMS från ferulsyra, är användbarheten av denna molekyl som monomer i vattenbaserad polymerisering inte övertygande, eftersom den är så pass olöslig om inte bas tillsätts, vilket introducerar risken för hydrolys.Slutligen, även om studien ledde till få säkra slutsatser på grund av flera ofullständiga resultat, uppnåddes huvudsyftet att modifiera ferulsyra och testa polymerisation av den bildade monomeren. / To enable a sustainable development, scientific focus is shifting from synthesizing polymers from fossil-based resources to producing bio-based polymers from for example wood. Of particular interest is lignin, which makes up about a third of plant matter but is nowadays most commonly used as fuel. A great deal of research has explored the possibilities opened up by breaking down lignin and modifying its derived molecules, such as ferulic acid. This study aimed to modify ferulic acid into a styrenic monomer with an acidic substituent, and to investigate the aqueous polymerization of this monomer.The first step of modification was the decarboxylation of ferulic acid. This was attempted through recreations of previous studies where base-catalysed decarboxylation was carried out in aprotic polar solvents. After several trials, a successful procedure was found, where triethylamine gave a high-yield decarboxylation after three hours in dimethylformamide at 100 °C. Isolating the product was also initially challenging, but a three-step extraction with H2O and Et2O finished by a wash of brine gave sufficient purity.Adding an acetic acid-group to the phenol was achieved using a two-step procedure found in literature, but not before trying a dozen novel methods using chloroacetic acid without success. In the working procedure, an acetate group was added using methyl bromoacetate in refluxed acetone with potassium carbonate as base, before demethylating the acetate using lithium hydroxide in a methanol/water mix at room temperature. The resulting monomer, 4-oxy-acetic acid-3-methoxy-styrene (OAMS), was copolymerized with styrene, both in bulk and emulsion radical polymerization. The bulk copolymer displayed a slightly higher molecular weight and glass transition temperature than homopolystyrene, with a significantly higher dispersity. Emulsion polymerization was challenging, as OAMS is not very soluble in either water or styrene, and ultimately, no conclusive results were produced through this route.The study concluded that while it is possible to synthesize pure OAMS from ferulic acid, the degree of usability of this molecule as a monomer in aqueous polymerization is not certain, as it is hardly soluble without the addition of base, which introduces the risk of hydrolysis. Ultimately, although few solid conclusions could be drawn from this study due to several incomplete results, the core objective of modifying ferulic acid and testing polymerization of the resulting monomer was achieved.

Överkonsumtionen av engångsartiklar i fossilbaserad plast är ett av dagens stora miljöproblem. Således finns en efterfrågan på strategier för framställning av biobaserade plaster i allmänhet och härdplaster i synnerhet. Tidigare forskning har visat att vanillin-baserade resin, genom UV-härdning och dynamisk iminkemi, kan användas i framställningen av härdplaster som är termiskt bearbetningsbara, kemiskt återvinningsbara och självläkande. Följaktligen är Digital Light Processing (DLP) 3D-utskrivning en möjlig och flexibel friformframställningsmetod med stor noggrannhet för sådana härdplaster.  Mot denna bakgrund framställdes, i detta projekt, tre olika UV-härdbara, biobaserade monomerer, i form av vitrimerresin, genom en tvåstegsreaktion: metakrylering av vanillin följt av iminbildning med tre olika aminer (etylendiamin, EDA; 2,2′-etylendioxi bisetylamin, EDEA och trimetylolpropan trispolypropylenglykol aminterminerad eter, T-403). De tre olika monomererna analyserades för att identifiera den mest lämpade för friformframställning av härdplast med DLP 3D-printning. Monomeren framställd med EDA kunde inte UV-härdas till en härdplast. De två andra monomererna, å andra sidan, härdades framgångsrikt till härdplaster med god termisk stabilitet (upp till ungefär 300 °C) samtidigt som de var termiskt bearbetningsbara. Vidare visade dessa härdplaster lovande resultat vad gäller självläkning och kemisk återvinningsbarhet. Härdningen av monomeren syntetiserad med EDEA krävde minst tidsåtgång. Utöver detta visade denna härdplast god stabilitet i ett flertal vanliga lösningsmedel samtidigt som den, till följd av dess dynamiska iminbindningar, kemiskt kunde återvinnas i hexylamin. Slutligen visades det hur detta resin framgångsrikt kunde användas i DLP 3D-utskrivning av härdplast. / One of the main causes of the petrochemical depletion is the overconsumption of single-use plastic products. New strategies based on the production of plastics (in particular thermosets) starting from bio-based resources are, therefore, demanded. Previous research has shown how vanillin-based vitrimer resins can be photocured into thermally reprocessable, chemically recyclable and self-healable imine thermosets; and the potential of the light-assisted 3D-printing techniques for the photocuring of resins with great accuracy and flexibility.  In this study, three different photocurable biobased vitrimer resins were synthesized through a two-step procedure involving the methacrylation of vanillin and the Schiff-base reaction with two different diamines (ethylenediamine, EDA; 2,2′-(Ethylenedioxy) bis(ethylamine), EDEA) and a triamine (trimethylolpropane tris[poly(propylene glycol), amine terminated] ether, T-403). The resins were analyzed in order to find the most suitable one for DLP 3D-printing. The resin with EDA, as diamine, could not be successfully UV-cured into a thermoset. The other two thermosets showed good thermal stability, up to about 300 °C, while still being thermally reprocessable. In addition, the thermosets were promising in terms of self-healability and chemical recyclability. The thermoset obtained from the Schiff-base resin synthesized with the diamine EDEA provided the shortest curing time. This resin also displayed good solvent resistance against common solvents and potential chemical recyclability in hexylamine through an imine exchange reaction. As a final step, the possibility to obtain tridimensional thermosets by curing this resin with a DLP 3D-printing was successfully demonstrated.